淺談托卡依水庫除險加固工程基礎換填水泥土施工技術

王夏昕

（中國水電基礎局有限公司，天津 301700）

1 工程概況

托卡依水庫壩址位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿圖什市正東方向 18km 處，地理坐標東經 76°15′，北緯 39°45′。行政上隸屬阿圖什市水利局管轄。托卡依水庫是一座平原水庫，它以灌溉為主，同時兼顧防洪度汛等綜合利用的中型水庫，總庫容2459萬 m3。

該工程地基土屬鹽漬土，具有遇水易崩解、抗沖刷能力較差、地下水位較高、地基承載力較低，須換填水泥土。應用主要包括放水涵洞、底孔泄洪洞、引水閘、沖砂閘和溢流堰基礎換填施工。

2 施工準備

（1）技術方面：根據設計要求，水泥土的重量配合比宜采用1:9（質量比），土料宜用庫區附近的粉質黏土，不應該使用塊狀黏土和砂質粉土，并且土料中不允許含有松軟雜質。由于地下水和壩體土質具有腐蝕性，水泥采用42.5R 抗硫酸鹽水泥。水泥土在施工碾壓時壓實度不小于0.98。土料含水率宜控制在最優含水量-2%~2%之間。碾壓時宜采用光面振動碾進行碾壓。水泥土的分層鋪填厚度可取150～200mm。

（2）水泥土施工機械選擇：采用當地農民農耕時的旋耕機進行實驗，效果比較好，主要是利用旋耕機的碎土與翻拌原理，一方面將土料中的大塊粒徑打碎，另一方面將灑上水泥的土料不停翻拌，直至拌合均勻為止，旋耕機運行遍數不少于6 遍。旋耕機的刀頭高度為25cm，因此鋪土厚度采用20cm，施工后的水泥土層與層之間結合較好，可以確保施工質量。因此為確保黏土與水泥充分攪拌均勻，水泥土的每層鋪土厚度控制在20cm 以內，如表1 所示。

表1 基礎換填水泥施工機械設備

3 水泥土碾壓試驗

3.1 試驗目的

①通過試驗確定振動碾壓實際效果，核實回填水泥土設計填筑標準的合理性；②通過試驗為水泥土填筑選擇滿足設計要求的、合理的碾壓技術參數（鋪土厚度、碾壓遍數）；③驗證選用壓實機械合理性，以及取土、卸料、平整、碾壓等施工方法，以指導水泥土填筑施工。

3.2 試驗用料及碾壓機具

①試驗水泥土中所用土料采用工程現有料場，該料場土料擊實試驗結果為最大干密度1.78g/cm3，最優含水率為16.4%。水泥土混合料配比為1:9，采用袋裝P·HSR42.5 克州青松水泥有限責任公司的水泥，水泥土擊實試驗結果為最大干密度為1.79g/cm3，最優含水率為18.1%；②土料開挖裝運采用挖掘機，土料攤鋪采用挖掘機，土料水泥拌合采用旋耕機，碾壓采用22t 自行式振動碾。

3.3 場地布置

試驗場地選擇在料場附近，首先機械整平出30m×50m 的場地。基礎經挖掘機整平，采用振動碾壓12 遍至充分壓實，然后再用對應的試驗用料在壓實的基礎上攤鋪一層作為試驗場地墊層，并用振動碾壓12 遍，用水準儀測量其高程不再沉降為止。以此作為基層，在其上進行碾壓試驗。

3.4 碾壓試驗

（1）碾壓試驗的工藝流程：挖掘機在制備場裝→汽車運輸、卸料→挖掘機平料→測虛鋪土料厚度→攤鋪水泥→旋耕機拌和→振壓4、6、8 遍→測振壓后沉降量→環刀法取樣檢測壓實度。

（2）試驗方法：①在壓實、找平的基礎上，按碾壓試驗場地平面布置圖的要求，用白灰線畫出試驗場地及取樣點位置。測量人員測量鋪土前每個取樣檢測點的高程，并將不同碾壓遍數的取樣斷面引出試驗場地以外進行標識；②本次試驗按填筑的相關試驗依次進行。機械虛鋪厚度選擇15cm、20cm、25cm 三個不同鋪土厚度；③人工配合挖掘機按三個不同的鋪土厚度（15cm、20cm、25cm）平土。鋪料厚度控制，檢測人員采用鋼筋測釬測虛鋪厚度，測量人員測量鋪土后每個取樣點的高程，計算虛鋪厚度；④旋耕機運行遍數不少于6 遍，旋耕機行駛速度為2km/h，水泥土比例采用1:9，混合料最大干密度1.79g/m3，每方混合料1790kg，計算得出每方混合料中土料1611kg，水泥用量179kg，水泥用袋裝水泥，每袋50kg，計算兩袋的攤鋪面積。每平方米土料填鋪15cm，旋耕機運行遍數不少于6 遍，水泥摻量20.14kg 計算公式（[1×1×（0.15×0.75））×1790×0.1]，土料摻量181.24kg 計算公式 [1×1×（0.15×0.75）×1790-水泥用量]，兩袋攤鋪面積（50×2）/20.14=4.97m2。每平方米土料填鋪20cm，旋耕機運行遍數不少于6 遍，水泥摻量26.85kg 計算公式（[1×1×（0.20×0.75））×1790×0.1]，土料摻量 241.65kg 計算公式[1×1×（0.20×0.75）×1790-水泥用量]，兩袋攤鋪面積（50×2）/26.85=3.72m2。每平方米土料填鋪 25cm，旋耕機運行遍數不少于6 遍，水泥摻量33.56kg 計算公式 （[1×1×（0.25×0.75））×1790×0.1]，土料摻量 302.06kg 計算公式 [1×1×（0.25×0.75）×1790-水泥用量]，兩袋攤鋪面積（50×2）/33.56=2.98m2；⑤振動碾以不大于3km/h 的速度行進，碾壓時振動碾前進、后退一次計2 個碾壓遍數，在劃定的區域內先靜碾2 遍，然后分別振動碾壓4 遍、6 遍、8 遍后，退出試驗場地；⑥碾壓完成后，測量人員測量壓實后每個取樣檢測點的高程；⑦試驗人員用環刀法在每個取樣檢測點上取樣檢測干密度。

3.5 試驗成果

（1）機械虛鋪厚度15cm 旋耕機運行遍數不少于6 遍，靜碾2遍，振碾4 遍，平均干密度1.758g/cm3，平均壓實度98.2%，合格率100%；靜碾2 遍，振碾6 遍后，平均干密度1.770g/cm3，平均壓實度98.9%，合格率100%；靜碾2 遍，振碾8 遍后，平均干密度1.782g/cm3，平均壓實度99.6%，合格率100%。

（2）機械虛鋪厚度20cm 旋耕機運行遍數不少于6 遍，靜碾2遍，振碾4 遍，平均干密度為1.754g/cm3，平均壓實度為98.0%，合格率80%；靜碾2 遍，振碾6 遍后，平均干密度為1.765g/cm3，平均壓實度為98.6%，合格率100%；靜碾2 遍，振碾8 遍后，平均干密度為1.776g/cm3，平均壓實度為99.2%，合格率100%。

（3）機械虛鋪厚度25cm 旋耕機運行遍數不少于6 遍，靜碾2遍，振碾4 遍，平均干密度1.749g/cm3，平均壓實度97.7%，合格率為70%；靜碾2 遍，振碾6 遍后，平均干密度1.758g/cm3，平均壓實度98.2%，合格率80%；靜碾2 遍，振碾8 遍后，平均干密度1.768g/cm3，平均壓實度98.8%，合格率100%。

3.6 試驗結果分析

通過回填水泥土碾壓試驗成果綜合分析：考慮到鋪土厚度為25cm 時，振碾4 遍增加至振碾6 遍的過程中干密度和壓實度的變化沒有鋪土厚度為20cm 時更為穩定，且填筑25cm 拌合出現明顯夾層，所以不建議采用鋪土厚度為25cm 進行施工。另一方面，雖然鋪土厚度為15cm 時，振碾4 遍增加至振碾8 遍和鋪土厚度為20cm 時振碾8 遍的干密度與壓實度變化都較為穩定，但出于施工經濟成本和施工進度考慮，都不建議采用進行施工。經比選回填水泥土機械虛鋪厚度為20cm，水泥兩袋攤鋪面積為3.72m2，用施工線在土頂面寬度范圍內打出1.93m×1.93m 的方格，旋耕機拌合遍數不少于6 遍，旋耕機行駛速度控制為2km/h，22t 振動碾靜碾 2 遍，振壓 6 遍。

4 施工技術

根據有關規范，圖紙設計要求，確定基礎換填水泥土施工程序如下：

土料制備→土料開挖卸至工地現場→施工場地平整→推土機整平及灑水→旋耕機碎土并整平→再灑水→檢測至達到最優含水率+2%→鋪灑水泥→旋耕機碎土并拌合水泥→振動碾碾壓→水泥土碾壓后干密度檢測→灑水→進行下一層土料填筑

（1）土料制備：選擇的土料不得含有草根、樹皮、黏土泥團、礫石及其他雜質，開挖時用推土機推去表層0.5m 厚的無用層，然后運抵工地現場。

（2）施工場地平整：由于水泥土鋪設厚度不大于20cm，要求施工場地要平整，正負誤差不大于2cm，從而確保施工質量。

（3）推土機整平及灑水：技術人員根據設計寬度、基礎換填水泥土的厚度及最大干密度，計算該段需要的干燥土。根據庫區土料的含水量，盡量使用相同噸位的自卸車運料，并計算自卸車卸料時的堆放面積。同時在料場安排專人裝土、在施工區安排專人卸料，以保證每車料的攤鋪面積基本相同。卸料前使用施工線在工作面上畫出方格網后再卸料，以保證涂料攤鋪均勻。對運到場地的土料采用推土機進行整平，整平過程中，由于氣候原因，土料中的水分有部分散失，應對土料進行灑水，使土料保持一定的含水率。

（4）旋耕機碎土并整平：為便于土料與水泥拌合均勻，要采用旋耕機對攤鋪好的土料旋耕，將土料中較大的土團等破碎。

（5）再灑水：旋耕機在工作過程中，要不停地監測土料含水情況，使含水較最優含水率大2%，如果含水偏低，就要不停地均勻灑水，使含水始終保持在最優含水率大2%范圍內，以彌補攤鋪水泥時含水量的損失。含水量過大應進行翻曬。

（6）鋪灑水泥：在土頂面標示出基礎換填水泥土的寬度，根據攤鋪土料重量，鋪撒相應重量的水泥。水泥土比例采用1:9，混合料最大干密度1.79g/m3，每方混合料1790kg，計算得出每方混合料中土料1611kg，水泥用量179kg，每平方米土料填鋪20cm，水泥摻量 26.85kg 計算公式[1×1×（0.20×0.75））×1790×0.1]，土料摻量 241.65kg 計算公式[1×1×（0.20×0.75）×1790-水泥用量]。水泥用袋裝水泥，每袋50kg，計算兩袋的攤鋪面積50×2/26.85=3.72m2，用工程線在土頂面寬度范圍內打出1.93m×1.93m 的方格，每格放兩袋水泥，打開袋裝水泥，將水泥倒在用工程線畫好的方格內，并且將水泥攤鋪均勻。水泥攤鋪完成后，應保證每個方格內沒有起伏現象，且都攤鋪到位，以保證其均勻性。

（7）旋耕機碎土并拌合水泥：在水泥攤鋪均勻后，用旋耕機進行拌和，旋耕機行駛速度控制在2km/h 左右，旋耕機的刀頭應插入下一層1cm 左右，從而保證層與層之間的黏結。旋耕機運行遍數不少于6 遍，遍數也不宜過多。為了保證水泥土的拌合深均勻和旋耕機的拌合深度，不僅要在拌合時派施工人員跟隨旋耕機，隨機取樣進行深度檢查，深度不夠時能及時進行調整。而且要在拌和結束后，檢查水泥土拌和的均勻性，以保證水泥土拌合物的色澤統一，無灰團、花面等現象出現，若發現水泥土拌合物不符合設計要求則需要添加水泥重新拌和。

（8）碾壓壓實：混合料拌和均勻后，應立即開始碾壓。碾壓時，碾壓時振動碾前進、后退一次計2 個碾壓遍數，先靜碾2 遍，然后用振碾6 遍，碾壓過程中振動功能不宜開的過大。壓路機碾壓時搭接長度應保證在碾子的1/3 左右，并保證以不大于3km/h 的速度勻速行駛。碾壓過程中，如出現起皮、松散、彈簧等現象，須及時添加水泥并用旋耕機重新拌和，使其符合質量要求。

（9）水泥土碾壓后壓實度檢測：水泥土壓實后進行壓實度檢測，如果達不到設計要求，可根據含水情況，灑水繼續碾壓，直至達到設計要求。

（10）耕機刨毛→灑水→進行下一層土料填筑：達到設計要求后，采用旋耕機進行刨毛，便于下一層水泥土結合，并灑水養護。

5 控制要點

（1）做好各項工序的銜接并調配足夠的整平、壓實機械，保證完成拌和碾壓工序。

（2）所用土應均勻一致，并清除其中的樹皮和草根。

（3）拌和時應保證深度，嚴禁出現素土夾層。

（4）施工時每側寬度應超寬碾壓30cm。

（5）用灑水車加水時，為了防止水泥土局部含水量過大，不得在該施工段停留或掉頭。

（6）施工中加強勞動保護，防止施工人員帶來不必要的傷害。

（7）含水量的控制：通過現場含水量檢測我們發現，在鋪灑水泥、拌和、整平施工過程中，含水量約下降2%，水泥土最佳含水量為18.1%，通過反推，認為土料含水量應控制在20.1%左右。

在鋪灑水泥之前，應檢測素土的含水量，如含水量過小，應根據以式（1）加水，以保證碾壓前含水量，較最佳含量大2%。

式中：Qw—混合料中應加的水量；

Qn—根據計算混合料中干混合料的質量；

Qc—素土的質量，檢測其含水量為WC；

W—要求達到的混合料的含水量。

嚴禁在鋪水泥后加水。含水率過高易形成橡皮土或彈簧土，這將影響工程質量和施工進度，遇到此情況時，就將該處挖除，重新換填土料，反之則多撒些水泥即可。

（8）兩工作段的銜接處應搭接拌和，前一段拌和后，留5~8m不進行碾壓，后一段施工時，將前一段未壓部分一起進行拌和，并與后一段進行碾壓。

（9）施工中還應注意涵洞基礎兩側邊坡壩體原狀土與1:9 水泥土的結合面，碾壓前必須灑水，使原狀土與水泥土的含水率相近，碾壓后的壓實度不會相差太大，若不處理好結合面的問題，蓄水后易造成滲漏通道以及不均勻沉降，影響壩體及涵洞的穩定性。

（10）水泥土夯壓密實后應進行防雨措施，保證3d 內不被水浸泡。每層驗收合格后應及時進行下一道工序施工，防止不及時施工造成夯壓密實的水泥土干燥，從而產生松散起塵現象。同時禁止車輛在驗收合格的水泥土上通行。

6 質量保證措施

①保證進度計劃安排合理有序，各級人員分工明確，機械設備完好，嚴格按照施工作業指導書中的工藝要求施工；②嚴格控制水泥質量，不合格水泥禁止使用；③試驗檢測工作要及時到位，保證數據切實可靠；④庫區料場派專人控制土料的質量，施工區派專人控制卸料間距、攤鋪寬度、碾壓等；⑤所有工序需監理認可合格。

7 安全保證措施

（1）建立健全安全組織機構，制定切實可行的安全措施，成立安全領導小組，設1 名專職安全員。

（2）制定以下安全保證措施：①進入施工現場作業要佩戴安全帽，通行道路老路肩插彩旗，提醒車輛減速慢行，請勿靠近。施工人員、設備在無施工作業時不得在加寬范圍內停留。施工作業期間要有專人負責安全保通；②施工前，檢測所有施工機械，確認完好方可使用；③壓路機行駛過程中不得進行人工鏟滾，犁鏵在工作期間不得采用人員進行壓犁、壓耙。機上、機下人員必須密切配合，協同作業，當必須在機械作業范圍內同時進行輔助施工時，應停止機械運轉后，輔助人員方可進入；④多機在同一作業面作業時，前后兩機相距不應小于8m，左右相距應大于1.5m；⑤施工現場的場容場貌管理，實施劃區域、分塊包干、責任區域掛牌示意，生活區管理規定掛牌昭示全體；⑥布置安全生產標語和警示牌，做到無違章，生活區、辦公區、施工區掛標識牌，危險區設置安全警示標志，在主要施工道路路口設置交通指示牌；⑦電器及各種用電設備嚴禁非電工人員操作，電工經常檢查電路；⑧工地照明盡可能采用固定照明燈具。

8 環境保護

①清洗機械、施工設備的廢水，機械在運轉中產生油污或維修機械時油水嚴禁直接排入水庫、河流；②設備選型時選擇低污染設備進行施工；③運輸土時如有漏失，及時清掃干凈，保持道路整潔，應在施工道路和現場配備專用灑水車，經常進行灑水濕潤，以降低揚塵污染；④生活區和施工區的生活垃圾應做到集中堆放，廢棄物須經當地相關部門同意后，運至指定地點。施工區設置廁所，派專人清掃，并定期消毒；⑤對于施工中廢棄的包裝箱、邊角袋、零碎配件等，及時清理并保證現場衛生整潔，報廢材料立即運出施工現場，在指定地點進行掩埋處理，以保護自然環境不受破壞；⑥棄土和施工垃圾不得隨意堆放，須運至指定取土場。

9 結論

通過基礎換填水泥土從改變地基土特性、提高地基承載力，達到設計要求。本文以托卡依水庫除險加固工程為例，主要闡述該工程基礎換填水泥土施工材料、機械的選擇、碾壓試驗、施工程序、控制要點，并從環境、安全及質量等各項保證措施方面，為類似工程的實施提供參考。